Во-первых, давайте развеем распространенное заблуждение

Многие покупатели до сих пор считают, что изображение в черном свете в основном зависит от датчика.

Это не. Или, по крайней мере, больше нет.

Современные КМОП-сенсоры, особенно в классах 1/1,8", 1/2,7" и 1/2,8", значительно улучшили квантовую эффективность и характеристики задней подсветки. Честно говоря, большинство приличных датчиков наблюдения сегодня уже способны обеспечить достойный отклик при слабом освещении.

Узкое место сместилось.

Реальным ограничением сейчас является оптическая пропускная способность.

Значение: насколько эффективно объектив передает доступный свет на плоскость сенсора.

И именно поэтому F1.0 имеет значение.

F1.0 не «немного лучше», чем F1.6

Эту часть постоянно недооценивают.

Люди видят:

• Ф1.6
• Ф1.4
• Ф1.2
• Ф1.0

…и предположим, что разница является постепенной.

На самом деле, давайте сначала посмотрим на физику.

Число F обратно пропорционально диаметру входного зрачка. Светопропускание масштабируется примерно пропорционально квадрату.

Таким образом, по сравнению с объективом F1.6 оптическая система F1.0 теоретически может доставлять на матрицу в 2,5 раза больше света.

Это немалое улучшение.

В этом разница между:

• полезная цветная визуализация
• и монохромный провал.

Или между:

• Размытие экспозиции 1/15 с
• и стабильный захват движения.

Или между:

• ИИ правильно идентифицирует человеческий силуэт
• и уверенно классифицируя куст как транспортное средство.

Инженеры, работающие над реальными развертываниями, уже знают это. Особенно в логистических парках, городских улицах или промышленных зонах с низкой освещенностью, где добавление дополнительного белого света становится политически или оперативно проблематичным.

Почему «полноцветная ночь ночью» на самом деле является оптической проблемой

Маркетинговым командам нравится фраза «полноцветное ночное видение».

Чего они обычно не объясняют, так это того, насколько это сложно оптически.

Чтобы сохранить информацию о цвете в условиях, близких к темноте, система должна сохранять достаточное соотношение сигнал/шум одновременно по каналам RGB.

Это означает, что объектив должен:

• максимизировать поглощение фотонов
• минимизировать блики
• подавлять ореолы
• поддерживать высокий MTF в условиях низкой контрастности
• контролировать хроматическую аберрацию
• сохранить краевую освещенность
• поддерживать согласованность фокуса IR

И, к сожалению, конструкция с большой апертурой усложняет все эти задачи.

Эту часть многие поставщики недорогих объективов удобно пропускают.

Создание настоящего объектива для наблюдения F1.0 — это не просто «увеличение дыры».

Большая апертура резко увеличивает сложность управления аберрациями:

• сферическая аберрация
• сагиттальная кома
• кривизна поля
• астигматизм
• осевой хроматический сдвиг

Все становятся более агрессивными.

Особенно на краю поля.

А как только вы перейдете на съемку с разрешением 5 или 8 МП? Окно допуска быстро становится некрасивым.

Объектив, который выглядел «приемлемо» при разрешении 2 МП, внезапно разрушается при более высокой плотности пикселей.

Скрытый враг: превосходная производительность

Вот что команды по закупкам часто обнаруживают слишком поздно:

Камера при слабом освещении может выглядеть фантастически в центре… и ужасно по краям.

Почему?

Потому что оптические системы с широкой апертурой, естественно, испытывают трудности с качеством внеосевого изображения.

Это становится особенно проблематичным в:

• наблюдение за парковкой
• мониторинг периметра
• покрытие склада
• Ночная инспекция БПЛА
• роботизированная навигация

В этих приложениях детализация краев имеет такое же значение, как и детализация центра.

Если детали лица размазываются по углам или номерные знаки разрушаются в условиях низкой освещенности, система выходит из строя, даже если центральное изображение выглядит ярким.

Вот почему передовые системы объективов F1.0 все чаще полагаются на:

• мультиасферические архитектуры
• низкодисперсное стекло
• гибридные стеклопластмассовые группы
• ужесточение контроля CRA
• прецизионное активное выравнивание

В Shanghai Silk Optical в наших системах линз для черного света используются передовые многоэлементные оптические структуры, включая 7-элементную архитектуру, для получения изображений с высокой передачей при слабом освещении.

И честно? Даже при использовании современных инструментов оптимизация большой апертуры по-прежнему остается одним из самых неприятных балансирующих действий в оптической технике.

Вы улучшаете угловую яркость, и внезапно возникают искажения.
Вы подавляете кому и сдвиги MTF.
Вы подтягиваете CRA и меняете совместимость датчиков.

В дизайне линз не бывает бесплатного обеда.

Сопоставление CRA: проблема, которую почти никто не объясняет должным образом

Давайте поговорим о Шефе Рэе Энгле (CRA).

Потому что это незаметно определяет, правильно ли работает ваш дорогой датчик или нет.

Современные КМОП-датчики, особенно датчики с задней подсветкой высокого разрешения, имеют строгие характеристики углового восприятия.

Если угол входящего луча превышает допуск датчика:

• затенение краев увеличивается
• появляется сдвиг цвета
• чувствительность падает
• угловой шум повышается

Это становится катастрофическим в сверхшироких системах слабого освещения.

Особенно ниже F1.4.

Плохо оптимизированный объектив с диафрагмой F1.0 может фактически обеспечить худшие реальные характеристики, чем правильно спроектированная система F1.6.

Да, действительно.

Вот почему дизайн с низким CRA становится критически важным в современной оптике черного света. Некоторые современные объективы для наблюдения теперь поддерживают CRA ниже ~12°, чтобы повысить эффективность связи датчиков.

И все же многие покупатели по-прежнему сравнивают объективы, используя только:

• фокусное расстояние
• F-число
• цена

Это опасное упрощение.

ИК-светодиоды не всегда являются решением

Здесь также происходит сдвиг в отрасли.

Традиционное ИК-ночное видение все еще работает. Никто иного не утверждает.

Но ИК-наблюдение создает свои проблемы:

• светоотражающие точки
• ограниченное расстояние идентификации
• потеря информации о цвете
• Привлечение насекомых
• переэкспонированные объекты переднего плана
• Несоответствия в распознавании ИИ

В некоторых регионах при развертывании «умных городов» правила загрязнения видимым светом также становятся более строгими.

Таким образом, отрасль движется к полноцветным системам с черным светом, которые в большей степени полагаются на окружающее освещение:

• лунный свет
• городской свет
• освещение витрины
• освещение проезжей части

И этот переход делает оптику со сверхбольшой апертурой гораздо более важной, чем пять лет назад.

Честно говоря, объектив становится основным усилителем всей цепочки обработки изображений при слабом освещении.

Инженерный компромисс F1.0, который никто не любит обсуждать

Вот то, чего обычно избегают маркетинговые брошюры.

Объективы F1.0 сложнее производить последовательно.

Гораздо сложнее.

Чувствительность к толерантности резко возрастает:

• децентрация
• наклон
• неоднородность покрытия
• отклонение при литье под давлением
• монтажное напряжение
• температурный дрейф

Все увеличивается.

Посредственный процесс сборки уничтожит характеристики при слабом освещении задолго до того, как сама оптическая конструкция достигнет теоретических пределов.

Вот почему постоянство большого объема имеет такое же значение, как и оптический рецепт.

Автоматическая сортировка MTF, активное выравнивание, конструкция с температурной компенсацией и контроль точности формования больше не являются «дополнительными услугами премиум-класса». Это требования выживания для масштабируемого производства черного света.

И, честно говоря, именно здесь многие сверхдешевые оптики спокойно выходят из строя в полевых условиях.

Не в лаборатории.
Не в маркетинговых демоверсиях.
Но шесть месяцев спустя в реальных условиях на открытом воздухе.

Наблюдение за черным светом открывает новую эру дизайна линз

Сдвиг в сторону:

• 5МП+
• ИИ-аналитика
• полноцветное ночное изображение
• периферийная обработка ИИ
• умные системы дорожного движения
• автономные роботы-охранники

…заставляет разработку линз развиваться быстрее, чем многие ожидали.

Потому что как только датчики пересекли определенный порог чувствительности, оптика снова стала ограничивающим фактором.

История повторяется.

И сейчас системы с большой апертурой F1.0 находятся в центре этого перехода.

Не потому, что «большая диафрагма звучит превосходно».

А потому, что современное наблюдение все больше зависит от извлечения полезной визуальной информации практически при полном отсутствии света.

Прежде всего, это оптическая проблема.

Все остальное придет позже.

О Шанхайской шелковой оптике

Шанхайская компания шелковых оптических технологий, ОООспециализируется на прецизионных оптических решениях для:

• наблюдение безопасности
• автомобильная визуализация
• медицинская оптика
• системы машинного зрения для робототехники
• визуализация БПЛА
• умные домашние камеры
• LiDAR и проекционная оптика

Компания управляет вертикально интегрированной производственной цепочкой, охватывающей:

• обработка оптических линз
• прецизионное изготовление пресс-форм
• литье под давлением
• автоматизированная сборка
• Проверка и сортировка MTF

с ежемесячной производственной мощностью линз, превышающей миллионы единиц.